Tapio Hellman tapio.hellman@seamk.fi CAVE visualisointiluola Arkkitehtuurissa on selkeä tarve 3D-visualisointiin. Sitä tarvitaan muun muassa ajatuksen hahmottamiseen, tueksi päätöksentekoon, tuotteen myymiseksi asiakkaalle, käyttäjälle tai rahoittajalle sekä suunnitelman hyväksyttämiseen viranomaisilla. Ennen kuin rakennusta aletaan suunnitella, idea pitää yleensä myydä, mikä puolestaan on lähes mahdotonta ilman suunnitelman visualisointia. Visualisointeja voidaan tuottaa tekemällä rakennussuunnitelmasta 3D-virtuaalimalli, josta voidaan tuottaa havainnekuvia. Projektista voidaan myös tehdä läpikulkuanimaatio, 3D-tulosteisia pienoismalleja tai vuorovaikutteinen 3D-malli reaaliaikaiseen mallin tarkasteluun ja mallin läpikulkuun erilaisilla virtuaalinäytöillä. Opiskelija Pasi Tiihonen seikkailee virtuaali-seinäjoessa. SeAMK Rakennuksen virtuaalimalli voidaan visualisoinnin kannalta jakaa sisä- ja ulkomalliin. Sisämallissa voidaan tarkastella materiaalien sekä kiinto- ja irtokalusteiden luomaa ilmettä, keskinäistä yhteensopivuutta, etäisyyksiä, pinta-aloja, kulkuväylien sopivuutta ja niin edelleen. Ulkomallissa voidaan puolestaan simuloida uuden rakennuksen sijoittumista sitä ympäröivään, jo olemassa olevaan arkkitehtuuriin sekä soveltuvuutta ja vaikutuksia ympäristöönsä. Interaktiivista virtuaalimallia voidaan tarkastella reaaliaikagrafiikkalaitteistoilla, joita ovat muun muassa päähän puettavat 3D-näytöt, kuten Oculus Rift, ja CAVE eli Cave Automatic Virtual Environment. Tässä artikkelissa tutustutaan jälkimmäiseen. Mikä CAVE on? CAVE (suomeksi luola) eli Cave Automatic Virtual Environment on reaaliaikainen vuorovaikutteinen kolmiulotteinen tietokonegrafiikkastudio. Se ei siis ole 3D-elokuvateatteri, jossa katsoja on passiivinen vastaanottaja. CAVE-studiossa katsoja on aktiivinen toimija, joka pääsee 3D-suunnitelmiin sisälle oikeassa, luonnollisessa mittakaavassa ja mahdollisimman realistisessa muodossa. CAVE on tilanäyttö, eli sisään astuttava näyttölaite, joka mahdollistaa liikkumisen mallissa näyttöhuoneen asettamissa rajoissa (yleensä 3 m x 3 m). Tosin kädessä pidettävällä sauvamaisella ohjainlaitteella voidaan navigoida vapaammin koko 3D-mallissa. Vuorovaikutteisuus ja reaaliaikaisuus saadaan aikaan katsojan paikannuksella, eli katsojan silmien sijaintia mitataan jatkuvasti, ja kuva projisoidaan kullekin katsojaa ympäröivälle kuvapinnalle hänen perspektiivistään siten, että katsojan koko näkökenttä peittyy virtuaalisella mallilla. Ohjelmisto huolehtii 3D-kuvan projisoinnista suorakaiteen muotoisille näyttöpinnoille vääristämällä sitä katsojan sijainnin mukaisesti. Kuva on stereoskooppinen 14
Tapio Hellman istuu virtuaalisessa Frami F:n auditoriossa. SeAMK ja elää jatkuvasti katsojan sijaintia mukaillen. Katsoja pääsee siis esimerkiksi kurkistamaan nurkan taakse tai pöydän alle sekä väistämään eteen tulevaa estettä liikkumalla itse, mikä ei ole mahdollista tavallisella tietokonenäytöllä. Aktiivisia nestekidesulkimilla varustettuja stereolaseja käyttämällä katsojalle avautuu myös syvyysvaikutelma, eli hän hahmottaa etäisyydet kolmiulotteisessa tilassa. Kuva ei siis rajoitu valkokankaalle, vaan se leijuu katsojan silmien edessä ja näyttää jatkuvan kuvapinnan etupuolelta sen toiselle puolelle. on samantyyppinen kuin 3D-elokuvateattereissa, mutta CAVE poikkeaa niistä reaaliaikaisuuden ja vuorovaikutteisuuden suhteen. Teatterissa vasemmalle ja oikealle silmälle piirretty 3D-kuva on ennalta tallennettua, eli se on nauhoitettua materiaalia, kun taas CAVEssa ollaan reaaliajassa mallin sisällä, ja kuva piirretään jatkuvasti katsojan perspektiivistä. Mitä CAVElla voi tehdä? Miten SeAMKin CAVE toimii? Seinäjoen Ammattikorkeakoulun (SeAMK) CAVEssa stereoskooppinen kuva piirretään katsojaa ympäröiville viidelle näyttöpinnalle, jotka ovat etuseinä, vasen ja oikea seinä, lattia sekä katto. Paikannuslaitteisto on optinen ja perustuu kahteentoista infrapunakameraan, jotka kuvaavat jatkuvasti katsojan stereolaseihin ja ohjainsauvaan kiinnitettyjä heijastavia markkereita. Sen lisäksi, että katsoja on sisällä 3D-mallissa, malli voi sisältää myös esimerkiksi 3D-animaatiota eli liikkuvia tai ominaisuuksiltaan muuttuvia kappaleita. Katsoja siis pääsee tavallaan reaaliaikaiseen 3D-animaatioelokuvaan sisään, joskaan ihan animaatioelokuvissa nähtäviin fotorealistisiin näkymiin ei CAVEssa päästä. Reaaliaikagrafiikassa kuvan piirtoon on näytönohjaimella aikaa vain muutama millisekunti, kun animaatioelokuvissa yhtä kuvakehystä (frame) voidaan laskea tietokoneella useita tunteja. 3D-malli voi sisältää 3D-pelien tapaan toiminnallisuutta, jonka katsoja voi vuorovaikutteisesti käynnistää joko ohjainlaitteilla, pelkällä liikkumisellaan tai ohjelmoidusti. Esitystilan muodon tuoma haitta on, et- CAVE-järjestelmää voidaan käyttää kolmiulotteisen tiedon havainnollistamiseen molekyyleistä planeettoihin tai vaikkapa laskenta- tai mittaustulosten analysointiin. Mitat, kuten etäisyydet ja pinta-alat, hahmottuvat aidossa 1:1-koossa ihmissilmien stereoskooppisen näköaistin ansiosta paremmin kuin millään muulla esitystavalla. 3D-ohjelmilla, kuten ArchiCADillä tai Cinema 4D:llä, suunnitellut mallit heräävät eloon CAVE-huoneessa. 3D-mallia voidaan visualisoida CAVEssa sellaisenaan nopean tiedostokonversion jälkeen, ja 3D-malliin voidaan tarvittaessa rakentaa haluttua realistisuutta tekstuurein ja valaistusmallin laskennan avulla. Malliin voidaan lisätä esinauhoitettua tai reaaliaikaista, automaattista tai katsojan käynnistämää 3D-animaatiota. Lisäksi voidaan toteuttaa kamera-ajoja, vuorovaikutteisuutta ja reaalimaailman fysiikkasimulaatiota. Kamera-ajon avulla katsoja voi- daan istuttaa bussiin, joka tekee virtuaalisen matkan 3D-mallissa. Vuorovaikutteisuus tarkoittaa sitä, että mallin käyttäytymistä voi ohjata esimerkiksi peliohjaimen tai ohjaussauvan säätimillä ja näppäimillä. Käyttäytymistä on animaatioiden käynnistäminen ja lopettaminen, materiaalien muuttaminen reaaliajassa, kappaleiden piilottaminen ja palauttaminen esiin ja niin edelleen. Mielikuvitus asettaa rajat. Fysiikkasimulaatio puolestaan tarkoittaa sitä, että 3D-mallin kappaleiden välistä dynamiikkaa ja törmäystarkastelua voidaan ohjata reaalimaailman fysiikkaa simuloivalla fysiikkamoottorilla, jolla voidaan toteuttaa esimerkiksi ajoneuvosimulaattori, navigointisauvalla ohjattava kaivinkone tai peliohjaimella manipuloitava virtuaalinen teollisuusrobotti. 15
SeAMKin CAVEn kulissit kätkevät uumeniinsa huipputekniikkaa. SeAMK tä paikannettu kuva voidaan piirtää vain yhden katsojan näkökulmasta kerrallaan, ja muille stereolaseilla samaa mallia katsoville tämä ympärillä näkyvä malli hieman vääristyy. Toisaalta CAVE on SeAMKin tapauksessa 2,4 metriä korkea ja 3 metriä leveä ja syvä huone, jonne mahtuu vain 10 12 henkeä. Luonnollisesti kokemukseen kuuluu olennaisena osana myös äänimaailma, joka sekin elää katsojan sijainnin mukaan. Ohjainlaitteena on yhdessä kädessä pidettävä navigointisauva, jonka avulla voidaan helposti lentää, ajaa tai kävellä peukalo-ohjaimella 3Dmallissa. Navigointi on erittäin intuitiivista, ja sen oppii muutamassa minuutissa. Miten ArchiCAD-malli viedään visualisoitavaksi SeAMKin CAVEssa? ArchiCAD-mallin vienti SeAMKin CAVE-virtuaalitilaan on helppoa. Malli täytyy tallentaa ArchiCADillä PLA-tiedostoksi, johon täytyy sisällyttää myös mallissa käytetyt tiedot, eli taustakuva, kirjastojen kaikki objektit ja käytetyt tekstuurit. Valitsemalla vaihtoehto Pakkaa tiedosto syntyy ZIP-tiedosto, jota on helppo käsitellä. Tämä pakattu ArchiCADin PLA-malli täytyy toimittaa etukäteen sähköpostilla, USBtikulla, DVD-levyllä, pilvipalvelun, kuten Dropboxin, kautta allekirjoittaneelle. Tämän jälkeen voidaan varata aika ja saapua katsomaan lopputulosta. Mitä hyötyjä CAVE-visualisoinnilla saavutetaan? 16 ArchiCADin PLA-tiedostoon tulee sisällyttää kaikki tiedostot, joista malli koostuu. CAVE voi toimia päättäjille, yritysjohtajille sekä kaupunkien ja kuntien virkamiehille päätöksenteon tukena sekä suunnittelijoille katselmuskohteena. CAVE tarjoaa yrityksille mahdollisuuden tutustua valmistamaansa 3D-suunnitelmaan siten, että tuleva käyttäjä pääsee 3D-mallin sisään navigoimaan sen sijaan, että sitä katsellaan ulkopuolelta tietokonenäytöllä. CAVE antaa yrityksen asiakkaille mahdollisuuden vierailla esimerkiksi tehtaassa tai rakennuksessa, jota ei vielä ole rakennettu, tai käyttää virtuaalista liikkuvaa työkonetta ohjaamossa, joka on vielä suunnitteluprosessin alla. CAVEn avulla loppukäyttäjä sitoutetaan projektiin. Kun käyttäjät ovat itse vierailleet suunnitelmassa sekä saaneet kertoa oman mielipiteensä ja korjausehdotuksensa, heillä on ollut oma mahdollisuutensa vaikuttaa lopputulokseen. Tämän seurauksena tyytyväisyys lopputulokseen paranee, mikä on ollut esimerkiksi oululaisen arkkitehtitoimisto UKI-Arkkitehdit Oy:n kannalta yksi virtuaalisuunnittelun suurimmista
hyödyistä. UKI-Arkkitehdit Oy on ollut merkittävimpiä CAVE-visualisoinnin käyttäjiä Suomessa. CAVE-visualisoinnilla voidaan varmistaa suunnitellun rakennuksen sijoittuminen olemassa olevaan rakennuskantaan. Esimerkiksi Seinäjoen kaupunginkirjaston suunnittelukilpailun yhteydessä kaikki arkkitehtitoimistojen 3D-mallit sijoitettiin olemassa olevaan Seinäjoen 3D-kaupunkimalliin, ja lopputulosta vertailtiin CAVEssa. Näin voitiin varmistua siitä, että uusi kirjastorakennus olisi sopusoinnussa Alvar Aallon suunnitteleman kaupunkikeskuksen eli Seinäjoen Aalto-keskuksen kanssa. Esimerkiksi sairaalasuunnittelussa CAVE on korvaamaton apuväline: Jos sen avulla saadaan yhden potilashuoneen suunnittelumallin viat ja puutteet karsittua, muutoksia ei tarvitse suorittaa kymmeniä kertoja oikeita huoneita rakennettaessa. Etelä-Pohjanmaan sairaanhoitopiirillä ja Seinäjoen keskussairaalalla onkin runsaasti hyviä kokemuksia kahdesta sairaalasuunnitteluun keskittyneestä hankkeesta. Niissä CAVEa on käytetty lääkäreiden, sairaanhoitajien ja potilaiden tutustuttamiseen tuleviin tiloihin, ja tulevilta käyttäjiltä on päästy keräämään mielipiteitä, jotka on otettu huomioon jo Seinäjoen keskussairaalan Y-rakennuksen suunnitteluvaiheessa. Y-rakennus valmistui syksyllä 2012. Seinäjoen Ammattikorkeakoulun Frami F -nimisen uudisrakennuksen suunnittelussa käytettiin CAVE-studiota jo luonnosvaiheesta lähtien. Kolmiulotteisena CAD-mallinnuksena laadittujen suunnitelmien 1:1-mittakaavaisella virtuaaliesittelyllä saavutettiin muun muassa seuraavia etuja: Tilaaja, käyttäjät sekä suunnittelijat pystyivät hahmottamaan suunnitelmat sekä arvioimaan ja myös vaikuttamaan toivottuihin lopputuloksen tilallis-toiminnallisiin ominaisuuksiin jo varhaisessa luonnosvaiheessa. Käyttäjät omaksuivat suunnitteluratkaisut kerralla ja ottivat aktiivisen roolin vuorovaikutteisen, käyttäjälähtöisen suunnittelun ohjaavana ja arvioivana osapuolena. Lopputuloksena syntyi toimiva ja tarkoituksenmukainen, käyttäjien kiittämä rakennus, jonka käyttäjät ja tilaaja kokivat jo suunnitteluvaiheessa omakseen. Mihin kysymyksiin CAVE vastaa? CAVE on vaativa ympäristö 3D-mallintajalle, sillä se ei havainnollista ainoastaan suunnittelun onnistumista, vaan tuo myös selkeästi esiin sen puutteet ja epäkohdat. Suunnitteluvirheet paljastuvat varmimmin juuri virtuaalimallin avulla. CAVEssa suunnitelma voidaan iskutestata virtuaalisesti hyvissä ajoin ennen toteutusta. Sen avulla voidaan vastata esimerkiksi seuraavanlaisiin kysymyksiin: Mahtuuko kulkuväylää kulkemaan? Onko väylä riittävä myös korkeussuunnassa? Osaako käyttäjä kulkea kohteeseen viitoituksen avulla? Ehtiikö hän eri kohteisiin riittävän nopeasti? Näkyvätkö opasteet riittävän hyvin ja ovatko ne selkeitä? Onko valaistus riittävä? Näkyykö valkokankaalle heijastettu projektorin tai videotykin kuva takapenkille? Näkyykö kaikilta istumapaikoilta riittävän hyvin esityslavalle? Minkälainen näkymä on rakennuksen kunkin kerroksen ikkunasta? Miltä kokonaisuus näyttää ja tuntuu eri henkilöistä tai käyttäjäryhmistä? Kelpaako esitetty lopputulos tilaajalle? Riittääkö tilan pinta-ala? Ovatko kiintokalusteiden ulottuvuudet käyttäjälle sopivat? Mitkä ovat niiden keskinäiset etäisyydet? Törmäävätkö ne käyttäjään tai toisiinsa? Ovatko ne oikealla korkeudella eri käyttäjäryhmille? Mihin SeAMK käyttää CAVEa? CAVEa ja VR-laboratorion muita laitteistoja käytetään opetuksessa, tutkimuksessa ja opinnäytetöissä. VR-laboratoriossa on tehty lukuisia opinnäytetöitä useilta eri tekniikan aloilta. CAVEa käytetään tuotekehitykseen, jossa kehiteltävä malli voidaan pitää koko tuotekehitysprosessin ajan digitaalisena ilman fyysisiä prototyyppejä. Loppukäyttäjän ja suunniteltavan tuotteen välistä vuorovaikutusta voidaan silti samalla testata jatkuvasti. Virtuaalilaboratoriossa voidaan yhdistellä erilaisia 3D-mallinnuksen, virtuaalitodellisuuden ja totutuista poikkeavien käyttöliittymien metodeja ja luoda näistä uusia innovaatioita. CAVE voi tukea päättäjien, yritysten ja kuntien päätöksentekoa sekä olla katselmuskohde suunnittelijoille. CAVEssa voidaan järjestää vaikkapa virtuaalisia naapurien kuulemisia. CAVE voi toimia markkinoinnin apuvälineenä. Se tarjoaa yrityksille mahdollisuuden tutustua valmistamaansa 3D-suunnitelmaan siten, että tuleva käyttäjä pääsee 3D-mallin sisään navigoimaan sen sijaan, että sitä katsellaan tietokoneelta. Mitä muuta SeAMKin VR-laboratorio tarjoaa? CAVE mahdollistaa teatterin lisäksi samanaikaisesti studion ominaisuudet, eli tila voi toimia optisen paikannuksen ansiosta motion capture -studiona. Siinä voidaan kaapata vaikkapa toimijan ruumiinosien liikkeet tietokoneelle. Näin voidaan luoda hahmoanimaatiota. Liikkeenkaappausdata voidaan nauhoittaa tietokoneelle, ja näitä virtuaalisen luurangon liikeratoja voidaan sitten jalostaa eri tavoin, kuten tietokoneanimaatioiden valmistuksessa, ergonomiatutkimuksessa tai robotin ohjauksessa. Nykyaikaisten tietokoneanimaatioelokuvien ja erikoisefektien hahmoanimaatiot tuotetaan lähes poikkeuksetta MoCap-tekniikalla. Virtuaaliluurangon päälle lisätään esimerkiksi Cinema 4D:llä animaatiohahmo, joka suorittaa samat liikesarjat kuin esikuvansa. Lisäksi SeAMKin virtuaalilaboratoriossa on haptinen laite eli kolmiulotteinen piirto- ja käsittelytyökalu, jossa on tuntopalaute. Sen avulla voidaan esimerkiksi tuntea kolmiulotteinen pinta, eli simuloida pinnan kosketusta, nesteen viskositeettia, jousivoimaa, inertiaa tai painovoimaa. VR-laboratoriossa on erilaisia laitteita, jotka tarjoavat täysin uudenlaisia keinoja ohjata tietokonetta - ja miksei myös muita laitteita - perinteisten näppäimistön ja hiiren sijaan. Näitä ovat muun muassa Kinecthahmontunnistuslaite, datakäsineet sekä kosketukseton Leap Motion -ohjain käsien ja sormien liikkeiden kaappaukseen. Laitteet ovat suurelta osin peräisin pelimaailmasta, mutta ne antavat visioita siitä, miten tietokoneita ja laitteita ohjataan viiden tai kymmenen vuoden kuluttua eleillä, käsien liikkeillä tai äänellä. Kaivinkoneen ohjaus voi tapahtua haptisella kauhalla, jossa tuntopalaute kertoo käyttäjälle kaivurin hydraulitehon kulutuksen. Kun kauha osuu maahan, se tuntuu kädessä pidettävässä kynämäisessä ohjaimessa vasteena. Hahmontunnistuksen avulla voidaan ajatella ohjattavan teollisuusrobottia, ja datakäsineillä voidaan lisäksi vaikkapa ohjata robotin tarttujaa ja opettaa robotille liikesarjoja. Mielikuvitus on rajana. Laitteilla voidaan skannata myös 3D-malleja, ja ohjelmistot mahdollistavat digitaalisen 3D-kuvanveiston. Voidaanpa laboratoriossa vierailevasta henkilöstä valmistaa vielä pieni muovipatsaskin tekniikan yksikön pikavalmistuslaitteilla. Ohjelmistoja on valmiina erilaisiin tarkoituksiin, ja lähes kaikki laitteet tarjoavat myös sovellusohjelmointirajapinnan omien ohjelmien suunnitteluun. 3D-mallinnus ja -visualisointi sekä uudet 3D-ohjausmenetelmät ovat virtuaalitodellisuuslaboratorion keskeiset tutkimusalueet. Tässä tulevaisuuden kehityslaboratoriossa opiskelijoiden mielikuvitus ja luovuus voidaan valjastaa uusien oivallusten kehittämiseen. 17
Seinäjoen Ammattikorkeakoulun Frami F -nimisen uudisrakennuksen suunnittelussa käytettiin CAVE-studiota jo luonnosvaiheesta lähtien. SeAMK Ketä SeAMKin VR-laboratorio palvelee? SeAMKin VR-laboratorion laitteita hyödynnetään pääasiassa opinnäytetöissä, opetuksessa ja projekteissa, joihin myös yritykset ja muut organisaatiot voivat halutessaan osallistua. Maksullisen palvelutoiminnan puitteissa yritykset voivat myös vuokrata CAVE-tilaa omaan käyttöönsä esitelläkseen 3D-suunnitelmiaan asiakkailleen olemassa olevaan ympäristöön sijoitettuina, luonnollisessa koossa ja toiminnallisina. VR-työkaluohjelmistojen avulla 3D-mallia voidaan visualisoida pikaisesti tiedostokonversion jälkeen sellaisenaan. 3D-malliin voidaan myös tarvittaessa rakentaa haluttua lisärealistisuutta valokuvatekstuurien ja kappaleiden 3D-pintoihin paistettavan valaistusmallin, 3D-animaation ja kamera-ajon, vuorovaikutteisen äänimaailman sekä reaalimaailman fysiikkasimulaation avulla. Erityisesti laboratoriossa voidaan kehittää ideoita, jotka kumpuavat SeAMKin tekniikan yksikön omista osaamisalueista, kuten kone-, automaatio-, tieto- ja rakennustekniikasta. Mitään rajoituksia laitteiden ja ohjelmistojen käytölle ei kuitenkaan ole, vaan kaikki ideat ja ajatukset myös ulkopuolelta liike-elämästä, teollisuudesta ja muista laitoksista ovat tervetulleita. CAVEssa voidaan visualisoida mitä tahansa kolmiulotteista mallia tai suunnitelmaa, oli se sitten rakennus, työkone, kulkuneuvo, tuotantosolu, linja tai laite, joka täytyy havainnollistaa vaikkapa päätöksenteon tueksi rahoittajille, päättäjille ja virkamiehille. Lähdemateriaaliksi riittää tavallisella 3D-ohjelmistolla suunniteltu malli. CAVE-palveluja voivat periaatteessa käyttää kaikki yritykset, joissa on käytössä 3D-suunnittelutyökalut tai jotka joko itse tai alihankintana suunnittelevat kolmiulotteisesti. Arkkitehtitoimistot voivat visualisoida asiakkailleen ja tuleville tilojen käyttäjille suunniteltuja rakennuksia. Ohjaamoja työkoneteollisuuteen valmistavat yritykset voivat testata ohjaamon näkyvyyttä ja ergonomiaa virtuaalisella mallilla ilman, että fyysistä prototyyppiä täytyy rakentaa hetkellistä käyttöä varten. Kaupungin kaavoitusarkkitehti voi testata arkkitehtikilpailuun osallistuneiden toimistojen ehdotuksia virtuaalisessa kaupunkimallissa. Esimerkiksi Seinäjoen keskusta-alueesta on olemassa aidontuntuinen, valokuvatekstuureilla päällystetty 3D-malli, johon vertailtavia rakennuksia voidaan istuttaa. Vene- ja laivateollisuus voi yhtä hyvin selvittää kajuutan ergonomiaa ja näkyvyyttä laivan komentosillalta. Mitä SeAMKin VR-laboratoriossa on tehty? Arkkitehtitoimistot, kaavoitus, sairaalat sekä liikkuvien työkoneiden ohjaamovalmistus ovat toistaiseksi olleet merkittävimpiä virtuaalilaboratoriopalvelujen käyttäjiä. Yritysten kanssa on tehty kymmeniä erilaisia visualisointeja, ja CAVEa on hyödynnetty myös tuotekehitystyössä. Erityisesti sairaalatilojen suunnitteluhankkeet ovat olleet onnistuneita. Olemme rakentaneet opiskelijoiden voimin Seinäjoen keskustasta virtuaalimallin, joka on katseltavissa ilmaisella Google Earth -ohjelmalla. Tampereen teknillinen yliopisto on tehnyt muun muassa satamanostureiden simulaattoreita, joita voidaan käyttää CAVEssa. Opiskelijoiden opinnäytetyöt ovat liittyneet uusien rakennusten suunnitelmien ja mekanismien visualisointiin, pelimoottorikäyttöön, virtuaalisten animaatiohahmojen suunnitteluun sekä lisättyyn todellisuuteen. Erityisesti laboratorion laitteita ja erilaisia käyttöliittymäelementtejä yhdistelemällä voidaan luoda uusia innovaatioita tai kehittää olemassa olevien laitteiden käyttäjärajapintoja. Virtuaalilaboratoriossa toimitaan sellaisen teknologian kanssa, jota on työnnettävä markkinoille, eli kysyntää täytyy luoda. Potentiaalia on olemassa. Täytyy vain löytää lisää toimijoita, jotka uskaltavat hyödyntää tätä teknologiaa. 18
SeAMKin Frami F -rakennus toisesta kuvakulmasta CAVEssa. SeAMK CAVEssa on visualisoitu ArchiCADillä suunniteltua Kauhajoen terveyskeskuksen saneerausta ja järjestetty virtuaalinen naapurien kuuleminen Arkkitehtitoimisto Jääskeläisen suunnittelemalle ja Skanska Talonrakennus Oy:n rakennettavaksi tulevalle kerrostalokokonaisuudelle. Mitä varhaisemmassa suunnitteluvaiheessa virtuaalimallin testaus aloitetaan, sitä suuremmat edut sillä saavutetaan. Kalleinta muutosten teko on rakennuksen jo valmistuttua. Miksi SeAMKissa on CAVE? Alun perin CAVE oli Chicagossa 1990-luvun alussa kehitetty suunnittelu- ja visualisointityökalu. Sen kehittivät Illinois n yliopiston tutkijat Tom DeFanti, Daniel Sandin ja Carolina Cruz-Neira. Sitä käytettiin pääasiassa autoteollisuudessa, josta se yleistyi muillekin aloille, kuten lentokonesuunnitteluun, lääketieteeseen, öljyteollisuuteen, arkkitehtuuriin ja kaupunkisuunnitteluun. 3D-suunnittelu ja virtuaalimallit (digital mockup) ovat korvanneet ainakin autoteollisuudessa fyysisten prototyyppien rakentamisen täysin. CAVE-tila tarjoaa sopivan tilanäyttölaitteen tällaisten digitaalisten prototyyppien tutkimiseen, käsittelyyn ja kehittämiseen. CAVE-tila on täysin sisältövapaa, eli sitä voidaan käyttää millä tahansa alueella, jossa Professori Torsten Schmidt ja opiskelija Risto Norja matkaavat Riossa. SeAMK Seinäjoen Ammattikorkeakoulun tekniikan yksikön edeltäjässä Seinäjoen teknillisessä oppilaitoksessa tehtiin jo 1990-luvulla tehdas- ja robottisimulointia Delmian 3D-simulointityökaluilla nimeltään IGRIP ja QUEST. Nuo ohjelmistot tukivat myös virtuaalimallin stereoskooppista katselua. Kun Seinäjoelle alettiin suunnitella 2000-luvun vaihteen jälkeen uutta teknologiakeskusta, johon tekniikan yksikkö myös siirtyisi, automaatiotekniikan yliopettaja Hannu Reinilälle heräsi ajatus CAVE-tyyppisen virtuaaliluolan rakentamisesta tähän uudisrakennukseen. Vastaavia virtuaalitiloja oli Suomessa tuolloin vain teknillisellä korkeakoululla Espoossa, Tampereen teknillisessä yliopistossa sekä Jyväskylän yliopistossa. Teknologiakeskus valmistui 2003, ja siihen tehtiin CAVE-laitteiston vaatimat perustukset. CAVE valmistui kaksi vuotta kestäneen hankkeen aikana 2003-2004, ja viralliset avajaiset olivat 10.2.2005. Hankkeen rahoitti Seinäjoen Ammattikorkeakoulu, mutta osarahoitus tuli Länsi-Suomen lääninhallituksen EAKR-hankkeesta. Tänäkin päivänä SeAMKin CAVE-virtuaalitila on teknisesti Suomen korkeatasoisin, joskin projektoritekniikka on kahdeksassa vuodessa mennyt eteenpäin. Mikä on CAVEn historia? 19
SeAMKin VR-laboratoriota pidetään Suomen edistyneimpänä. SeAMK käsitellään kolmiulotteisia malleja tai ylipäätään kolmiulotteista dataa. Sovellusalueita voivat olla rakennustekniikka, arkkitehtuuri, yhdyskunta- ja maisemasuunnittelu, geologia, layout-suunnittelu, tehdassuunnittelu, robotiikka, automaatio, työkone- ja ohjaamosuunnittelu, simulaattorit, kulttuuri, arkeologia, historia, muotoilu, ergonomia- ja käyttöliittymäsuunnittelu, lääketiede, tähtitiede, tietokoneanimaatio sekä pelit ja muu viihdekäyttö. Mikä on SeAMKin CAVEn tulevaisuus? Virtuaalitodellisuus on kehittyvä ala, joten tutkimista ja kehittämistä on runsaasti. Tuoreimmat parannukset ovat PC-visualisointiklusterin päivitys vuonna 2011 sekä keväällä 2012 asennettu optinen paikannuslaitteisto, joka paikallistaa katsojan nopeasti, virheettömästi ja langattomasti sekä tarkentaa nivelten ja kasvojen liikkeiden paikannusta esimerkiksi hahmoanimoinnissa ja ergonomiatutkimuksessa. Lue lisää: www.seamk.fi/cave TULEVIA OPINNÄYTETYÖAIHEITA kolmiulotteisen Google Earth -tietokannan käyttö CAVEssa (virtuaalimatkailu) CAVEn hyödyntäminen arkkitehtien tai taiteilijoiden mallinnustyökaluna lääketieteellisen 3D-kuvantamisaineiston visualisointi CAVEssa virtuaaliset interaktiiviset 3D-esittelyt kodin ostajille virtuaalinen teollisuusrobotti aikamatkailu muinaisissa ympäristöissä puhesyntesoinnin käyttö VR-sovellusten käyttäjäpalautteessa puheentunnistuksen hyödyntäminen VR-sovellusten ohjauksessa äänikomennoin mahdollisuus manipuloida datakäsineillä virtuaalisia objekteja tuntopalautteen käyttö käyttämällä haptisia laitteita (Sensable Phantom) tai kosketuksettomia ohjauslaitteita (Leap Motion) konsolipelien ohjaus-, paikannus- ja oheislaitteiden (Xbox Kinect, Nintendo Wii Balance Board ) sekä pelimoottoreiden (Unreal Tournament, Unity) valjastaminen VR-käyttöön näkymättömien fysikaalisten suureiden (sähkövirta, jännite, magneettikenttä, lämpötila, paine, ilman ja nesteen virtaus, ääniaaltojen eteneminen, ultraääni, jne) visualisointi raakadatan (mittausdata, tiedonlouhinta, lämpökuvaus, röntgen, matemaattiset ja tilastolliset mallit, pörssidata) visualisointi 3D-laserkeilaus ja siinä syntyvän 3D-pistepilviaineston hyödyntäminen liikealustan kehittäminen simulaattoreita varten. 20